楊金英

編程教育是發(fā)展新時代競爭力最重要的舉措之一，編程教育除了一直在大學、職業(yè)學校發(fā)展，在中小學也從未缺席，但如何培養(yǎng)學生的編程思維與創(chuàng)新能力，如何讓編程成為一種文化，是需要我們加強探討的問題。本期解碼，讓我們從梳理編程教育可能存在的文化脈絡的視角，發(fā)現(xiàn)編程教育的深層內涵與文化形成。

以信息奧賽為代表的編程競賽多年以來培養(yǎng)了一大批計算思維突出、編程興趣濃厚的優(yōu)秀學生，許多人已成長為IT界的領軍人物?；仡櫠嗄甑男畔W賽發(fā)展，不少教師積累了許多針對計算思維訓練的方法，沉淀了獨特的編程教育文化，為中小學編程教育的推廣積累了經驗。在中小學推廣編程教育，入門教學尤其值得深入研究?？偨Y已有編程教育經驗，可以為編程教育推廣提供借鑒與參考。

● 信息奧賽中編程學習的三個階段

信息奧賽編程主要涉及算法與數據結構，重點考查在有限時間內解決實際問題的編程能力，屬于對計算思維要求較高的編程比賽。其學習過程可分為三個階段，即計算機基礎知識和編程語言學習的初級階段、算法與數據結構基礎的中級階段、高級算法與數據結構的高級階段。學生通過算法與數據結構的深入學習與研究，在有限的時間與空間要求下，不斷創(chuàng)新思路，優(yōu)化算法，提高編程解決現(xiàn)實問題的能力，對計算思維的能力要求隨學習難度的提高而逐步提高。隨著學習階段的推進，不同學生會表現(xiàn)出較大差異，出現(xiàn)不斷分化或中途退出的現(xiàn)象。那么，良好的計算思維有哪些特征？如何發(fā)現(xiàn)學生的計算思維潛質？在教學中又如何引導和培養(yǎng)呢？

● 什么是微觀察

在實踐中，微觀察通常有兩種理解：一是觀察細致入微，一些事件的微小細節(jié)都能被觀察得清清楚楚;二是從細小事件的觀察角度來看大事件。本文所說的微觀察是借鑒第一種理解，然后將其運用在編程教學中，即通過觀察學生在編程學習過程中的一些細微表現(xiàn)，恰當分析并判斷學生的思維特征的方法。對教師來說，在教育教學中注重對學生的行為、習慣、思維、能力等進行細微觀察，發(fā)現(xiàn)不同學生的差別與特點，能幫助教師尋找更好的教育切入點，尋求更恰當的教育時機，從而提高教育效率，增強教育效果。

● “微觀察”學生思考過程，助推思維形成

在實踐中，如何理解計算思維及其具體特征，如何分析學生的思維特征并發(fā)現(xiàn)計算思維的發(fā)展?jié)撡|，如何有效引導并培養(yǎng)學生的計算思維能力，都是基礎編程教學需要重視的問題。通過一些具體問題的解決思路，可以顯性觀察學生的思維過程，初步分析學生的思維特點，進而理解計算思維特征，發(fā)現(xiàn)學生的計算思維潛質，以便在教學中更好地引導和培養(yǎng)。

1.思維的邏輯性

編程的本質是利用計算機程序解決現(xiàn)實問題。因而，如何將現(xiàn)實問題轉為化程序需要的數據模型，如何分析數據并歸納出數據間的相互關系，如何尋找恰當的算法處理給定的數據，尋求合理的解決方法，都需要有良好的思維邏輯性，需要有條理清晰的計算思維。

例：已知a、b、c、d、e、f、g七個人中，a會講英語，b會講英語和漢語，c會講英語、意大利語和俄語，d會講漢語和日語，e會講意大利語和德語，f會講俄語、日語和法語，g會講德語和法語。能否將他們的座位安排在圓桌旁，使得每個人都能與他身邊的人交談？如果可以，請以“a b”開頭寫出你的安排方案：? ? ? ? ? 。

微觀察：例中算法是搜索，如果增加人數，增加相互制約的條件，則對思維的邏輯性要求明顯提高，解決該題需要在思考中條理清晰，才得出正確的結果。觀察學生對這類題目的思考過程，分析學生的歸納與分析能力，幫助學生發(fā)現(xiàn)其思維的邏輯性潛質，從而在教學中加強問題分析的引導，以不斷提升其思維的邏輯性。

2.思維的縝密性

編程是把現(xiàn)實問題交給程序解決，編程時忽略的微小問題很可能導致結果顛覆，甚至在未來開發(fā)中帶來重大的信息安全事故。因而編寫程序必須考慮各種細節(jié)，避免留下BUG（漏洞）。

例：觀察圖形——○●○●●○●●●●○●●●●

●●●●○……前200個珠子中有多少個黑色的？（請寫出你的分析思路）

微觀察：例中珠子的排列規(guī)律明顯，但在具體計算時，正向思路是黑珠求和，逆向思路是總數減白珠，而正向思路和逆向思路的思維特征表現(xiàn)并不相同，計算難度也不同。最容易出錯的點是很多學生容易漏掉第一個白珠。漏掉白珠的問題，在思維特征表現(xiàn)上都屬于縝密性不夠。教師如果觀察到學生存在思維縝密性問題，就要在教學中引導學生注重細節(jié)，有意識地加強思維縝密性訓練，從而不斷改善思維的品質。

3.思維的靈活性

編程是把人的解決方法用程序語言教給計算機。盡管現(xiàn)實問題復雜多變，但計算機仍可運用程序中的算法思路解決問題、計算數據。好的算法可以提高問題解決的效率，減少時間和空間的占用，優(yōu)化相應的結果答案。因而，尋找高效、恰當的算法，是程序員最重要的工作，好的算法才能有好的程序。靈活的思考方式、創(chuàng)新的思維能力是優(yōu)秀程序員的必備思維品質，定勢思維則是發(fā)展的制約因素。

例：猴王準備了一堆桃子。周一時猴王把一半數量的桃子拿出來分給大家，有只調皮的小猴子吃完后嫌不過癮，趁大家不注意偷偷多吃了一個桃子;周二時猴王又把剩余的桃子數拿出一半分給大家，小猴子一看第一天沒有發(fā)現(xiàn)，就再次偷吃了一個，以后每天如此……可是到了星期六早上，猴王一看只剩一個桃子在面前，根本沒法分了，很是尷尬。問最初共有多少個桃子？（寫步驟）

微觀察：學生大多用解方程的第一種做法（如圖1），這是易想難解的順推法;少數學生會用簡便的倒推法（如圖2）。對比容易發(fā)現(xiàn)：有定勢思維的順推和逆向思維的倒推兩種方法，且兩種方法優(yōu)劣明顯。正推的5層迭代方程很難解出正確結果，而倒推雖也有5層，但從最后一天的已知倒推第一天的未知則很容易算出答案。注意到定勢思維的劣勢問題，教師就可以在教學中通過一些程序引導和訓練學生主動變換思路，多角度、多方法進行思考，通過持續(xù)的思維訓練逐步改變定勢思維習慣，從而增強其思維的靈活性。

4.思維韌性與耐久性

信息系統(tǒng)是大量程序的集成，復雜問題需要復雜的程序，很多問題解決過程需要一系列步驟，這些程序的編寫與思考都需要思維的韌性與耐久性。好的程序員需要較好的思維韌性和耐久性。

例：某個車站呈狹長形，寬度只能容下一臺車，并且只有一個出入口。已知某時刻該車站狀態(tài)為空，從這一時刻開始的出入記錄為：進，出，進，進，進，出，出，進，進，進，出，出。假設車輛入站的順序為1，2，3，……，則車輛出站的順序為（? ?）。

微觀察：本題思路簡單，本質是純粹的過程模擬。但進出站記錄越多，學生答題時越容易出錯。分析其思維特點，其實是思維過程中缺乏耐久性，難以較長時間保持有條理的思考。

同樣，如果有學生能用順推方法解決上面的“猴子吃桃”問題，則要注意，同是定勢思維，但其思維特征又有新表現(xiàn)，即思維的韌性和耐久性不錯，能夠在多層數據推算時長時間保持條理性，在遇到復雜問題時能持久思考，耐心解決。

因此，不要一概否定定勢思維，對思維韌性好的學生要多加鼓勵，引導其變換角度思考問題，學習靈活分析問題，通過編程學習的持續(xù)訓練，提升其思維的靈活性，從而在思維耐久性的補充下快速提升編程能力和計算思維能力。

● “微觀察”學生程序設計思路，發(fā)現(xiàn)思維創(chuàng)新力

程序編寫具有自身的特殊性，同一問題往往有多種解決算法，有時相同算法也有不同寫法。分析學生的程序不但可以發(fā)現(xiàn)學生的思維特征和創(chuàng)新能力，將好的算法和寫法推廣引導，還能有效培養(yǎng)學生的發(fā)散思維，提升學生的思維創(chuàng)新能力。例如，循環(huán)結構理解是編程入門的第一個理解難點，雖然此時的程序簡單，但也常常呈現(xiàn)出不同的程序思路，表現(xiàn)出不同學生的思維創(chuàng)新差異。

例：求s=1-1/2+1/3-1/4……100的值，C++語言的三種不同程序寫法如圖3所示。

微觀察：對比三個程序，其主要區(qū)別是：①第6行for循環(huán)終值與變化規(guī)律不同;②循環(huán)體具體寫法不同。其中，程序1是常規(guī)思路，根據式中數的特點，在for配合if語句來完成;程序2相當于對原式進行了整理;程序3則對程序2的兩式進行了合并計算，即奇偶關系直接將兩和相減。顯然，后兩個程序表現(xiàn)出了更靈活的思維能力，與算法和數據結構所需思維特征更匹配，是編程學習的優(yōu)秀潛質，也是編程教學需要培養(yǎng)的重要能力。編程學習鼓勵一題多解，鼓勵創(chuàng)新算法。經常利用創(chuàng)新思路寫程序的學生，其思維創(chuàng)新性更好，新穎的程序思路常常為其他學生提供啟發(fā)和引導。

綜上所述，注重編程教學中的微觀察、微分析有助于教師分析學生的思維特點，發(fā)現(xiàn)學習中的阻滯和困難，進而發(fā)現(xiàn)學生的計算思維潛質，尋找更好的方法引導和培養(yǎng)學生的計算思維能力，提升編程學習的興趣和效率，引導學生快速進入編程學習的大門。